giáo trình công nghệ sinh học môi trường Bài 6 xử lý khí

giáo trình công nghệ sinh học môi trường Bài 6 xử lý khí

CÔNG NGHỆ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG THẠC SĨ VƯU NGỌC DUNG 4/22/141 BÀI 6: XỬ LÝ KHÍ THẢI 1. Giới thiệu 2. Kỹ thuật tinh sạch khí thải sinh học 3. Các thông số thực hiện 4. Các đặc trưng của dòng khí thải 5. Các nguyên lý của quá trình 6. Họat động của bể xử lí 7. Kiểm soát bể xử lí 8. Xu hướng 9. Các ứng dụng thương mại của sự tinh sạch khí thải sinh học Giới thiệu • Kỹ thuật làm sạch khí thải bằng phương pháp sinh học là lựa chọn và vận hành công nghệ làm sạch khí thải bằng biện pháp sinh học. • Mục tiêu là bảo đảm việc truyền khối và phân huỷ sinh học chất ô nhiễm có trong dòng khí thải. • Phân huỷ sinh học xảy ra khi vi sinh vật sử dụng chất ô nhiễm làm nguồn carbon hoặc làm chất cho điện tử. • Vi sinh vật có thể chuyển hoá không đặc trưng là đồng chuyển hoá ‘co-metabolism’. • Quá trình phụ thuộc: đặc trưng hoá lí của chất ô nhiễm, khả năng phân hủy của vi sinh vật, điều kiện vận hành và môi trường… Kỹ thuật làm sạch khí thải bằng biện pháp sinh học 1. Lọc sinh học (biofilter) 2. Lọc sinh học nhỏ giọt (Biotrickling) 3. Lọc phun sinh học (Bioscrubber) 4. Bể phản ứng sinh học màng Lọc sinh học (biofilter) • Khí thải được dẫn qua lớp vật liệu hữu cơ: compost, đất hay gỗ vụn • Dinh dưỡng được cung cấp dưới dạng chất hữu cơ. • Phía trên cùng của lớp vật liệu là một lớp mỏng chất lỏng. • Độ ẩm khoảng từ 40-60% (v/v). • Để tránh bị khô, không khí cần được làm ẩm trước khi đưa vào hệ thống. • Khí thải chứa thành phần hạt rắn cao (dạng sol khí)  lắp đặt bộ phận khử mù trước khi dẫn vào khu vực tạo ẩm  giảm nghẽn bể lọc sinh học do hạt rắn. Lọc sinh học nhỏ giọt (Biotrickling) • Tương tự như lọc sinh học (biofilter) • Chất ô nhiễm chuyển từ pha khí vào lớp màng hoạt động sinh học bao ngoài chất nền. • Chất nền thường là vật liệu hóa học trơ như vòng bằng nhựa. • Dinh dưỡng được cung cấp cho vi sinh vật thông qua pha lỏng. Lọc phun sinh học (Bioscrubber) • Bộ lọc gồm hai bể:  Tháp hấp thụ: chất ô nhiễm trong pha khí được hấp thụ vào pha lỏng  bể thứ 2  Bể bùn hoạt tính: vi sinh sinh trưởng trong những bông bùn và phân huỷ chất ô nhiễm. • Nước thải sau xử lí được chuyển trở lại tháp hấp thụ theo dòng cùng chiều hoặc ngược chiều với dòng khí thải. Bể phản ứng sinh học màng • Một mặt, màng tiếp xúc với pha lỏng chứa chất dinh dưỡng, mặt kia tiếp xúc với pha khí. • Pha lỏng giàu dinh dưỡng thêm vi sinh có khả năng phân huỷ chất ô nhiễm. • Vi sinh vật tập hợp lại tạo thành biofilm bám phủ trên bề mặt của màng. • Chất ô nhiễm chui qua màng lọc một cách chọn lọc, sang pha lỏng giàu dinh dưỡng và bị phân huỷ ở đó. • Pha lỏng đóng vai trò một bể dự trữ: chất dinh dưỡng, oxy , pH và nhiệt độ được kiểm soát. • Có nhiều dạng màng: phân cực hay kị nước, có thể lắp đặt ở dạng ống hay dạng tấm phẳng. Các thông số thực hiện • Công nghệ làm sạch khí thải sinh học phân biệt nhau ở vận hành bởi một loạt những thông số như:  Thời gian tiếp xúc với tầng trống (s)  Tốc độ tải trọng bề mặt (m3 m2 h -1)  Tốc độ tải trọng khối lượng (g m3 h-1)  Tốc độ tải trọng thể tích (m3 m3 h -1)  Khả năng loại bỏ chất ô nhiễm (g m3 h -1)  Hiệu quả khử (%) Công nghệ và cấu hình mang vi sinh vật (a) lọc lớp (b) lọc giọt thấm [...]... có sẵn để sử dụng làm xúc tác sinh học công nghiệp • Sản xuất sinh khối có chất lượng và kiểm soát quá trình là phương pháp sinh học xử lý khí thải trong tương lai Các ứng dụng thương mại của sự tinh sạch khí thải sinh học  Bể lọc sinh học sử dụng lớp đất • Công ty nhựa Sunshine, California buộc phải kiểm soát VOC đầu thải hoặc phải chịu phạt về gây ô nhiễm • 170 m3 khí thải chứa hỗn hợp propanol,... hơn cả là dùng lọc sinh học Nồng độ chất ô nhiễm, hệ số Henry và các thông số đi kèm của các dạng lọc sinh học (biofilter), lọc nhỏ giọt (biotrickling), lọc phun sinh học Các nguyên lý của quá trình • Cân bằng phân bố của chất ô nhiễm • Sự khuếch tán • Phân huỷ sinh học chất ô nhiễm • Hoạt động của bể xử lí Cân bằng phân bố của chất ô nhiễm • Bước đầu tiên của quá trình phân huỷ sinh học là phân bố chất... khuếch tán vào màng sinh học và không phải tất các vi sinh vật có thể tham gia phân huỷ chất ô nhiễm  Phản ứng giới hạn: chất ô nhiễm khuếch tán hoàn toàn vào màng sinh học nhưng không bị các chất xúc tác sinh học phân huỷ đủ nhanh và hiệu quả • Chuyển hoá vi sinh vật có thể bị ức chế bởi các yếu tố: dinh dưỡng, chất gây độc… Kiểm soát bể xử lí  Các yếu tố môi trường: • Các vi sinh vật sinh trưởng tối... cacbon để tạo sinh khối • Sinh khối đóng vai trò chất xúc tác sinh học duy trì ổn định màng sinh học • Năng lượng tạo thành theo phương trình Monod cải tiến: dC1/dt = X(μ/Yxs) C1 = nồng độ của cơ chất hoà tan trong dung dịch (g/m3) μ = tốc độ sinh trưởng (g g-1 h-1) Yxs = hiệu suất trọng lượng khô của tế bào trên trọng lượng cơ chất bị chuyển hoá (g g-1) X = khối lượng sinh khối trên màng sinh học hoặc... lọc màng Các đặc trưng của khí thải • Các thông số vật lí:  Độ ẩm và nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ sinh học của chất ô nhiễm bởi vi sinh vật có một dải nhiệt độ và độ ẩm tương ứng tối ưu cho sinh trưởng  Nhiệt độ ảnh hưởng đến phân phối chất ô nhiễm giữa pha lỏng và khí  Tốc độ dòng khí thải ảnh hưởng đến tốc độ dung nạp chất ô nhiễm trong pha hoạt tính sinh học giảm khả năng phân huỷ... bằng sinh học. 1: Hấp thụ khí SO2; 2: Khử sulphat; 3: Khử một phần H2S; 4: Tách bùn giàu lưu huỳnh sinh học Sản phẩm không có khả năng sử dụng lại Đối với quá trình loại SO2 bằng lọc phun thì chuyển SO2 thành bột lưu huỳnh Hoạt động của bể xử lí • Về cơ bản chính là duy trì chuyển đổi về lượng đã xác định, như cân bằng phân bố giữa pha khí và pha lỏng và khuếch tán từ pha lỏng vào pha hoạt tính sinh học. .. có khả năng xử lí được bằng hệ thông lọc sinh học Sự khuếch tán • Sự di chuyển của chất ô nhiễm từ pha lỏng sang pha hoạt động sinh học (màng sinh học) xảy ra theo kiểu khuếch tán và được mô tả bằng định luật Fick: J = - D (dC1/dx) J = dòng khối (mol m-2 s-1 hoặc g m-2 s-1) D= hệ số khuếch tán (m-2 s-1) C1= nồng độ trong pha lỏng (mol m-3 hoặc g m-3) x = độ dày lớp sinh khối (m) • Quá trình khuếch... mùi hôi trong dòng khí thải… ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống lọc sinh học Đặc trưng quan trọng của một dòng khí thải Đơn vị của mùi “ou” là lượng hợp chất (hỗn hợp) gây mùi có trong 1 m3 khí không có mùi (trong điều kiện chuẩn) trong giới hạn chuẩn (CEN, 1998) • Những đặc trưng của dòng khí thải cho phép xác định được một khoảng rộng những lựa chọn vể kiểu lọc sinh học có thể được sử... lớp màng có hoạt tính sinh học • Việc xác định được giới hạn giữa pha lỏng và màng hoạt tính sinh học rất khó Hệ số khuếch tán của một số chất trong khí, nước và trong vật liệu màng Phân huỷ sinh học chất ô nhiễm • Chuyển hoá vi sinh vật xảy ra khi chất ô nhiễm được sử dụng làm nguồn năng lượng • Để vi sinh vật sinh trưởng thì cần phải có dinh dưỡng, khoáng, vitamin và những yếu tố khác • Ví dụ:  Toluen... pha khí, từ pha lỏng vào màng sinh học chậm hơn nhiều • Trong màng có lớp rỗng, quá trình khuếch tán xảy ra ở chất lỏng nằm trong những lỗ rỗng • Khi lựa chọn một loại màng nào đó cần nghiên cứu xác định vật liệu tương ứng với đặc trưng khuếch tán của chất ô nhiễm đã biết • Trong những bể xử lí không có hệ thống màng, chất ô nhiễm cần phải đi xuyên qua pha nước để đến được lớp màng có hoạt tính sinh học . tả bằng định luật Fick: J = - D (dC1/dx) J = dòng khối (mol m-2 s-1 hoặc g m-2 s-1) D= hệ số khuếch tán (m-2 s-1) C1= nồng độ trong pha lỏng (mol m-3 hoặc g m-3) x = độ dày lớp sinh khối (m) khoảng từ 40 -6 0 % (v/v). • Để tránh bị khô, không khí cần được làm ẩm trước khi đưa vào hệ thống. • Khí thải chứa thành phần hạt rắn cao (dạng sol khí)  lắp đặt bộ phận khử mù trước khi dẫn vào.  Tốc độ tải trọng bề mặt (m3 m2 h -1 )  Tốc độ tải trọng khối lượng (g m3 h-1)  Tốc độ tải trọng thể tích (m3 m3 h -1 )  Khả năng loại bỏ chất ô nhiễm (g m3 h -1 )  Hiệu quả khử (%) Công nghệ